超材料

3D结构的自组装提供了一条有吸引力和可扩展的途径，实现可重构和功能能力的中尺度设备而无需人为干预。实现这一目标的一个常用方法是利用铰接结构的刺激响应折叠，这需要在铰接处集成不同的材料和/或几何布置。研究表明，在平面无铰双层薄膜中加入Kirigami切口可以按需生成复杂的三维形状。建立了非线性有限元模型，通过对平面、毫米尺度PDMS (聚二甲基硅氧烷)双分子层在有机溶剂中的溶胀实验，阐明了双分子层薄板的形变机理，并对预测结果进行了验证。在机械论理解的基础上，实验证明了Kirigami切割的简单双分子层转换为3D形状，如罗马字母(用来制作高级功能材料)和开放/封闭多面体结构。同时也展示了双层膜作为少绳光学超材料的一种可能应用，具有动态可调的光传输和反射行为。由于所提出的机械设计原则可应用于多种材料，这项研究为开发智能、无绳和可重构的多功能系统做出了广泛的贡献。